Неутрино от различни видове с висока енергия се превръщат едно в друго
Учени от обсерваторията за неутрино Ice Cube направиха сензационно откритие. Те успяха да докажат, че различни видове неутрино с висока енергия също се превръщат едно в друго. Преди това се смяташе за невъзможно - смяташе се, че когато енергията на тези частици достигне няколкостотин GeV, търсенето на трептения губи практически смисъл.
Както си спомняме, има три вида неутрино - електрон, мюон и таон. Но най-интересното не е в това, а във факта, че всеки вид неутрино може да се превърне в друг, например електронни - в мюони и т.н. Този процес се нарича неутрино осцилации. И подобно на много други концепции в квантовата физика, дълго време тези колебания съществуваха само на хартия, тоест на теория.
И всъщност защо на физиците изобщо им трябваше да измислят някакви трептения? Факт е, че през втората половина на миналия век учените бяха изправени пред такъв парадокс като проблема със слънчевите неутрино. Накратко може да се каже следното: всеки знае, че електронните неутрино се образуват в процеса на слънчеви ядрени реакции. След това техните потоци се разпръскват из цялата Слънчева система, включително в посока на нашата планета.
И така, измерванията на потока неутрино на Земята, които се правят постоянно от края на 50-те години на миналия век, показват, че броят на регистрираните слънчеви електронни неутрино, достигащи Земята, е приблизително два до три пъти по-малък от предвидения от стандартния слънчев модел, описващ процесите, протичащи в недрата на звездата. Къде отиват липсващите неутрино, след като потокът им напусне "родната" звезда?
Фактът е, че тези частици като цяло няма къде да отидат. Те почти не си взаимодействат.с каква барионна материя (тоест материя, състояща се от протони и неутрони). Освен това те не могат сами да се превърнат в други частици. С една дума, тази загадка измъчваше учените половин век. Някои дори смятат, че може би стандартният соларен модел трябва да бъде коригиран. Всичко обаче се оказа много по-просто и интересно.
Още през 1957 г. роденият в Италия физик Бруно Понтекорво предположи, че различни видове неутрино могат да се превръщат едно в друго. Дълго време обаче учените не можеха да потвърдят хипотезата му експериментално. Въпреки това в началото на този век те все пак успяха да направят това, макар и не веднага.
През 2001 г. неутрино и от трите типа бяха директно открити в потока от Слънцето към Земята в обсерваторията за неутрино Съдбъри. Освен това учените са доказали, че има толкова много от тях в потока, колкото би трябвало да бъде, въз основа на изчисления. Оказа се също, че само около една трета от неутриното, достигащи Земята, се оказват електронни. Това число е в съответствие с теорията, която предвижда прехода на електронни неутрино към друго поколение неутрино както във вакуум, така и в слънчева материя.
Малко по-късно, през 2010 г., детекторът на експеримента OPERA в Швейцария откри осцилации на мюонни неутрино в тау неутрино (с освобождаване на тау лептон). И накрая, миналата година японският детектор Super-Kamiokande откри трансформацията на електронни неутрино в мюони. Тоест, сега колебанията от теоретичен модел са се превърнали в пълноправен природен феномен, чието съществуване е доказано от независими научни екипи.
Не може обаче да се каже, че изследванията на този забележителен феномен са приключили. Наскоро на Международната конференция по физика, проведена в Киото (Япония)неутрино, членовете на проекта Ice Cube обявиха, че са успели да открият трептения на високоенергийни неутрино. И това беше сензация - досега всички физици бяха сигурни, че подобно нещо е невъзможно. Предишни експерименти недвусмислено показаха, че шансовете за успешно наблюдение намаляват с нарастването на енергията: когато тя достигне няколкостотин GeV, търсенето на трептения губи своя практически смисъл.
Въпреки това служителите на обсерваторията за неутрино Ice Cube, която се намира в Антарктида на станцията Amundsen-Scott (САЩ), изглежда изобщо не се смутиха. Нали знаят, че нищо не е фундаментално невъзможно - в края на краищата, дълго време самата идея за мощна антарктическа обсерватория се възприемаше от научната общност като нереалистична! Въпреки това, през 2005 г. Ice Cube (в превод „Ледено кубче“) започва своята работа. Нека ви напомня, че Ice Cube се намира дълбоко под антарктическия лед. И там, на дълбочина от 1450 до 2450 метра, има здрави "нишки" с прикрепени оптични детектори, иначе наречени фотоумножители. В момента има шестдесет от тях.
Принципът на работа на детекторите на тази станция е следният: известно е, че въпреки че неутриното свободно преодоляват слой лед, в редки случаи те все още взаимодействат с ядрата на кислородните атоми с образуването на мюони. Ако последните се движат със скорост, превишаваща фазовата скорост на светлината, тяхното движение се придружава от излъчване на Черенков (така нареченото сияние, причинено в прозрачна среда от заредена частица, която се движи със скорост, превишаваща фазовата скорост на светлината в тази среда), което след това се открива от фотоумножители.
Трябва да се отбележи, че оборудването на обсерваторията е настроено главно за откриване на неутрино, летящи към Земята от Слънцето ссвръхвисоки енергии, надвишаващи 1000 GeV (интересно е, че въпреки че самият Леден куб се намира в южното полукълбо на нашата планета, той регистрира само тези неутрино, които идват от северното небесно полукълбо, тоест тези, които са преминали през Земята). Но в централната част на детекторната решетка има "нишки" с оптични модули, предназначени да работят в диапазона от няколко десетки до няколко стотици гигаелектронволта. Именно те фиксираха "преходите" на атмосферните мюонни неутрино с енергия 10-100 GeV в таонови.
И така, оказва се, че високоенергийните неутрино също могат да осцилират. Въпреки това, учените от "Ice Cube" изглежда не бяха достатъчни за едно сензационно откритие. Сега те планират, като добавят подходящи нови "нишки" и оптични модули към обсерваторията, да открият неутрино осцилации при енергии под 10 GeV. И тези нови данни, както се надяват физиците, ще направят възможно по-доброто изследване на ефектите от взаимодействието на неутрино с материята, което трябва да промени природата на трептенията.
Прочетете най-интересното в раздел "Наука и технологии"
Добавете Pravda.Ru към вашите източницив Yandex.News илиNews.Google
Също така ще се радваме да ви видим в нашите общности въвVKontakte, Facebook, Twitter, Odnoklassniki.